毛角豆芫菁成蟲觸角超微結(jié)構(gòu)的觀察

周治成　劉洋洋　李鳳娥　陳祥盛

摘要 為了增補和完善毛角豆芫菁Epicauta hirticornis Haag-Rutenberg雌雄成蟲觸角形態(tài)特征描述，并為揭示其生物學(xué)功能提供理論依據(jù)，本研究利用掃描電鏡對毛角豆芫菁雌雄成蟲觸角超微結(jié)構(gòu)進行了觀察。結(jié)果表明，毛角豆芫菁雌雄成蟲觸角感器類型、數(shù)量及分布既有共性又存在明顯差異。雌雄成蟲觸角共有的感器分為3類6種，即3種毛形感器（ST1、ST2、ST3）、2種錐形感器（SB1、SB2）和Bhm氏鬃毛（BB）;雄蟲觸角特有的感器類型包括錐形感器（SB3）和耳形感器（SA）;而雌蟲觸角特有的感器類型有鐘形感器（SCa）和鱗形感器（SQ）。此外，對毛角豆芫菁成蟲觸角各類感器的功能進行了討論、分析和推測。

關(guān)鍵詞 毛角豆芫菁; 觸角; 感器; 掃描電鏡; 功能

中圖分類號： S 433.5

文獻標(biāo)識碼： A

DOI： 10.16688/j.zwbh.2019169

Observation of the fine structure of antennal sensilla of

Epicauta hirticornis （Coleoptera， Heteromera， Tenebrionoidea）

ZHOU Zhicheng， LIU Yangyang， LI Fenge， CHEN Xiangsheng*

（Institute of Entomology， Special Key Laboratory for Development of Insect Resources，

Guizhou University， Guiyang 550025， China）

Abstract

In order to supplement detailed data for the morphological characteristics of the main antenna sensilla of Epicauta hirticornis （Haag-Rutenberg， 1880） and to provide theoretical basis for revealing their ecological function， the fine structure of antennal sensilla of E.hirticornis were observed by scanning electron microscope （SEM）. The results showed that there were three types and six kinds of antenna sensilla observed on the antennae of both sexes， including three kinds of sensillum trichodeas （ST1， ST2， ST2）， two kinds of sensilla basiconca （SB1， SB2）and Bhm bristles （BB）. In addition， there were some unique sensilla： sensilla basiconca 3 （SB3）and sensilla auricillica （SA） on the antennae of male， and sensilla campaniformia （SCa）and sensilla squamiformia （SQ） on the antennae of female. At the same time， the functions of the sensilla of E.hirticornis adults were discussed， analyzed and speculated.

Key words

Epicauta hirticornis; antenna; sensilla; scanning electron microscope; function

毛角豆芫菁Epicauta hirticornis Haag-Rutenberg隸屬于鞘翅目Coleoptera，異跗節(jié)類 Heteromera，擬步甲總科Tenebrionoidea，芫菁科Meloidae，豆芫菁屬Epicauta[1]，體內(nèi)富含斑蝥素（cantharidin）。近年來，研究人員通過對斑蝥素及其衍生物抗癌活性的研究，發(fā)現(xiàn)斑蝥素對食管癌、肺癌、前列腺癌、胃癌、肝癌等有明顯抑制作用[2-4]，因而其具有重要的藥用價值。芫菁科昆蟲具有復(fù)變態(tài)生活史，幼蟲食性單一，以蝗蟲卵為食或寄生于蜂巢內(nèi)，是控制蝗蟲的重要生防昆蟲[5]，成蟲植食性，其具有群居性、化學(xué)防御、耐旱性等生物學(xué)特性[6-9]。

昆蟲觸角的主要功能有嗅覺、觸覺與聽覺，其表面具有不同類型的感覺器，是昆蟲接收信息的重要器官，在昆蟲感知外界環(huán)境、取食和求偶等方面起著重要作用[10]。已有學(xué)者對中華豆芫菁E.chinensis Laporte[10]、扁角豆芫菁E.impressicornis Pic[11]、紅頭豆芫菁E.ruficeps Illiger[12]、藍綠齒角芫菁Cerocoma schreberi Fabricius[13]、鐘短翅芫菁Meloe campanicollis Pinto & Selander[14]的觸角感器進行了研究，并初步推斷了它們的作用;也有學(xué)者對眼斑溝芫菁Hycleus cichorii Linnaeus、大斑溝芫菁H.phaleratus Pallas、長腹偽斑芫菁Pseudabris longiventris Blair、長角偽斑芫菁P.hingstoni Blair、蘋斑芫菁Mylabris calida Pallas和麗斑芫菁M.speciosa Pallas的觸角感器進行了報道，但未對其功能進行研究探討[15]。關(guān)于毛角豆芫菁，此前僅有其外部形態(tài)和生殖器的相關(guān)描述[1]，而有關(guān)其觸角感器的精細結(jié)構(gòu)至今未見報道。本文通過觀察毛角豆芫菁雌雄成蟲觸角感器的形態(tài)、類型、數(shù)量和分布，并初步推測其觸角感器的作用，以期為深入了解其觸角結(jié)構(gòu)與功能、行為習(xí)性研究提供參考資料。

1 材料與方法

1.1 供試成蟲

毛角豆芫菁雌雄成蟲各9頭，2018年5月6日采自貴州省羅甸縣羅悃鎮(zhèn)植被豐富的田埂邊、小溪邊及溝谷邊。

1.2 樣品處理及觀察

將野外采回的新鮮標(biāo)本先放于4℃的冰箱中處理1 d，然后置于解剖鏡下，用手術(shù)刀切下整個觸角，用生理鹽水清洗3次，再用超聲波清洗儀（HS10260D）處理10 min后，用無菌蒸餾水清洗5次，然后依次用30%、50%、70%、80%、90%乙醇和無水乙醇逐級脫水，各梯度均脫水20 min，之后用導(dǎo)電膠帶按照不同的觀察面粘在樣品座上，自然干燥1～2 d，最后進行離子濺射鍍金，在JEOL的JSM-6490LV型高低真空掃描電鏡下對雌雄成蟲觸角整體和各節(jié)上感受器的形狀和數(shù)量進行觀察，拍照并記錄[16]。

1.3 數(shù)據(jù)分析

選取毛角豆芫菁雌、雄成蟲各9頭，對觸角背面和腹面的觸角感器進行鑒定和統(tǒng)計。其中，觸角感器的鑒定主要參考彩萬志等[17]、Schneider[18]和Zacharuk[19]對觸角感器的命名。所得的數(shù)據(jù)通過SPSS 22.0采用t 檢驗進行分析比較（P<0.05）。

2 結(jié)果與分析

2.1 形態(tài)特征

毛角豆芫菁的雌雄成蟲觸角均為線狀，由柄節(jié)、梗節(jié)和鞭節(jié)組成，鞭節(jié)分為9亞節(jié)（圖1）。雄蟲觸角長（12 658.63±102.06）μm，雌蟲觸角長（12 482.99±310.77）μm，兩者長度有顯著差異。雄蟲觸角柄節(jié)長（1 351.07±10.06）μm、梗節(jié)長（889.06±6.93）μm，第1～4鞭節(jié)長分別為（1 654.83±7.00）、（1 064.35±18.58）、（1 000.38±29.81）、（978.56±3.42）μm，均顯著長于雌蟲觸角相對應(yīng)的柄節(jié)、梗節(jié)和第1～4鞭節(jié)。雌蟲觸角的柄節(jié)寬（506.72±20.33）μm、梗節(jié)寬（406.54±21.90）μm和第1～2鞭節(jié)寬（469.99±17.18）、（454.33±21.65）μm，顯著寬于雄蟲相對應(yīng)的柄節(jié)、梗節(jié)和第1～2鞭節(jié)（表1）。

2.2 觸角感器的類型、分布、形態(tài)以及數(shù)量

毛角豆芫菁雌雄成蟲觸角均存在3種毛形感器（ST1、ST2、ST3）、2種錐形感器（SB1、SB2）和1種Bhm氏鬃毛（BB）。此外，1種鐘形感器（SCa）和1種鱗形感器（SQ）為雌性特有，1種錐形感器（SB3）和1種耳形感器（SA）為雄性特有。

2.2.1 毛形感器（Sensilla trichodea， ST）

毛形感器是毛角豆芫菁觸角表面分布最廣、數(shù)量最多的一類感器，由基部到端部漸細，大部分表面具明顯縱紋、彎曲弧度大，根據(jù)其長度、頂端、外壁和形狀不同分為3種類型：ST1、ST2和ST3。ST1（圖2a）是其中最長的、頂端鈍圓、外壁光滑且彎曲弧度大，著生于表皮凹陷的淺窩內(nèi)，分布在雌、雄蟲觸角的各節(jié)，在雌蟲觸角上長（635.12±16.34）μm，基部直徑（17±2.12）μm， 在雄蟲觸角上長（946.43±18.47）μm，基部直徑（26±3.54）μm。ST2（圖2b）著生于表皮凹陷的基窩內(nèi)，從基部到端部逐漸變細，頂端鈍圓、外表面具明顯縱紋和整體彎曲弧度小，分布于雌、雄蟲第3至第9鞭節(jié)上，在雌蟲觸角上長（79.46±1.28）μm，基部直徑（13.22±3.16）μm，在雄蟲觸角上長（125.53±2.21）μm，基部直徑（16.43±2.74）μm。ST3（圖2b）直立著生于表皮凹陷的基窩內(nèi)，從基部2/3處急劇變細，端部尖細、略彎，表面具明顯縱紋，分布于雌、雄蟲各節(jié)，其數(shù)量是毛形感器中最多的（表2和3）。

2.2.2 錐形感器（Sensilla basiconca， SB）

錐形感器長度較毛形感器短，外壁光滑，直立著生于表皮基窩內(nèi)，端部鈍圓，基部有一向上隆起的臼狀窩。根據(jù)其長度和寬度的不同可分為3種類型： SB1、 SB2和 SB3。SB1（圖2e）從基部到3/4處大小沒有發(fā)生變化，從3/4處逐漸變細，端部鈍圓，分布于雌、雄蟲各鞭節(jié)上，雌蟲SB1長（6.62±0.53）μm，基部直徑（1.67±0.33）μm， 雄蟲SB1長（9.48±0.74）μm，基部直徑（2.18±0.67）μm。SB2（圖2e）呈短刺狀，由基部到端部逐漸變細，端部鈍圓，零散分布于雌、雄蟲各鞭節(jié)，雌蟲SB2長（6.58±0.44）μm，基部直徑（0.98±0.64）μm， 雄蟲SB2長（7.23±0.63）μm，基部直徑（1.65±0.57）μm。SB3（圖2f）從基部到1/2處膨大后急劇變細，頂端鈍圓，長度（2.86±0.46）μm，基部直徑（1.61±0.55）μm，只分布于雄蟲第5至第9鞭節(jié)上（表2和3）。

2.2.3 Bhm氏鬃毛（Bhm bristles， BB）

Bhm氏鬃毛呈短刺形，比錐形感器尖、長，直立于表皮基窩內(nèi)，外壁光滑無孔，只分布在柄節(jié)與頭的節(jié)間膜和梗節(jié)基部（圖2c），雌蟲Bhm氏鬃毛長（16.39±0.77）μm，基部直徑（0.59±0.29）μm，雄蟲Bhm氏鬃毛長（44.48±0.36）μm，基部直徑（6.57±0.29）μm（表2和3）。

2.2.4 耳形感器（Sensilla auricillica， SA）

耳形感器從基部到1/3處為短棒狀，基部愈合，中部向內(nèi)卷曲并形成凹下槽，端部鈍圓、略彎曲，形似耳狀（圖2d），長（5.21±0.53）μm，基部直徑（1.02±0.35）μm，只分布于雄蟲第3至第9鞭節(jié)上（表2和3）。

2.2.5 鐘形感器（Sensilla campaniformia， SCa）

鐘形感器呈帽狀結(jié)構(gòu)，形似紐扣，周圍有1圈光滑而清晰的厚壁邊緣（圖2g），不具基窩，基部直徑（2.32±0.36）μm，只分布于雌蟲的各鞭節(jié)（表2和3）。

2.2.6 鱗形感器（Sensilla squamiformia， SQ）

鱗形感器外形與鱗片相似，但比一般鱗片狹，端部尖細，基部有臼狀窩，有的端部有2～3個分叉（圖2h），長（3.71±0.17）μm，基部直徑（1.72±0.74）μm，只分布于雌蟲觸角第6至第9鞭節(jié)上（表2和3）。

3 結(jié)論與討論

毛角豆芫菁成蟲觸角感器有毛形感器（ST）3種、錐形感器（SB）3種、Bhm氏鬃毛（BB）1種、耳形感器（SA）1種、鐘形感器（SCa）1種和鱗形感器（SQ）1種。鐘形感器（SCa）和鱗形感器（SQ）為雌蟲特有，錐形感器（SB3）和耳形感器（SA）為雄蟲特有。毛角豆芫菁的觸角感器類型與豆芫菁屬其他已報道的種類存在差異，可能是生活環(huán)境、種間遺傳距離、行為習(xí)性等原因造成[18]。其與扁角豆芫菁[11]的觸角感器類型相比，后者具有刺形感器（sensilla chaetica）、凹槽釘形感器（gooved pegs）、錐形感器（sensilla basiconca）、耳形感器（sensilla auricillica）、鐘形感器（sensilla campaniformia）、Bhm氏鬃毛（BB），種類較少;而其與紅頭豆芫菁[12]和中華豆芫菁[10]的觸角感器類型相比，紅頭豆芫菁E.ruficeps具有的刺形感器（sensilla chaetica）、中華豆芫菁E.chiensis所具有的腔錐形感器（sensilla coeloconica）和芽孢形感器（sensilla gemmiformium）是毛角豆芫菁所不具有的。

毛形感器幾乎存在于每一種昆蟲的觸角上，很多研究都表明其具有感受機械刺激和化學(xué)信息素刺激的功能[20-21]。毛角豆芫菁雄蟲的毛形感器1（ST1）數(shù)量多于雌蟲的，與紅頭豆芫菁雄蟲特有的毛形感器ST3形態(tài)相似，推測該感器可能具有感受機械刺激的作用。而毛角豆芫菁雄蟲毛形感器2（ST2）的數(shù)量也顯著多于雌蟲的，也與紅頭豆芫菁的毛形感器ST2在形態(tài)上很相似，其在紅頭豆芫菁中具有嗅覺和感受性信息素的作用[12]，推測毛角豆芫菁的ST2感器可能具有感受性信息素的作用。

毛角豆芫菁的錐形感器SB1、SB2與紅頭豆芫菁的錐形感器SB2、SB1在形態(tài)上相似，而該類感器功能在紅頭豆芫菁中為具有識別氣味的功能，是一種嗅覺感受器[12]，推測可能毛角豆芫菁的錐形感器也為嗅覺感器，在寄主搜尋和危險趨避等行為中起到了關(guān)鍵的作用[22]。毛角豆芫菁的錐形感器SB3僅存在于雄蟲觸角鞭節(jié)上，推測其可能具有利于雄蟲識別雌性個體釋放的信息素的功能[23]，但該類感器的具體功能也還需通過電生理方法進行進一步研究。

Bhm氏鬃毛在鞘翅目昆蟲中廣泛分布[24]，被認為是一種感受重力的機械感器[18]。毛角豆芫菁跟其他鞘翅目昆蟲一樣，Bhm氏鬃毛分布于雌、雄觸角的柄節(jié)與頭的節(jié)間膜和梗節(jié)基部，推測其可能是重力感受器[25]。

耳形感器被認為是一種化學(xué)感器，可能與植物氣味感受相關(guān)[26-27]。麗斑芫菁觸角上發(fā)現(xiàn)存在耳形感器，但作者沒有進一步對其功能進行描述[15]，而毛角豆芫菁耳形感器的具體功能也還需通過電生理方法進行進一步研究。

毛角豆芫菁的鐘形感器僅分布于雌蟲觸角上，而該類感器在扁角豆芫菁、紅頭豆芫菁和藍綠齒角芫菁的雌雄蟲觸角上均有分布且均沒有明確其功能，但有文獻記載鐘形感器具有對氣味、二氧化碳和溫濕度敏感的功能[28-29]。

毛角豆芫菁的鱗形感器與東方齒甲Uloma rubripes Hope的鱗形感器形態(tài)相似[30]，到目前為止，此感器的電生理功能和分子機制未見報道[31]，該感器的功能還需通過電生理方法進行進一步研究。

本研究觀察了毛角豆芫菁雌雄成蟲的觸角及其觸角感器的超微結(jié)構(gòu)，分析推測了不同感器的功能，為進一步研究毛角豆芫菁的形態(tài)學(xué)、分類學(xué)和行為學(xué)等提供了一定的理論基礎(chǔ)和科學(xué)依據(jù)，同時完善了我國鞘翅目芫菁科昆蟲的研究。但本研究對觸角感器功能的分析只是基于前人對其他昆蟲感器的研究基礎(chǔ)上進行的推測，要明確這些感器在毛角豆芫菁中的功能，還需要進一步通過行為學(xué)和電生理學(xué)等方法進行研究。

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（責(zé)任編輯：田 喆）